Neste arquivo, publicado em seu boletim,
o CNRS expressa sua opinião sobre os trabalhos de astrofísica e cosmologia de Jean-Pierre Petit
8 de março de 2005
Big Bang Energia Escura
A GRANDE DESCONHECIDA
Em 1998, o terremoto aconteceu, conta Pierre Astier, do Laboratório de Física Nuclear e de Altas Energias: a expansão do Universo está acelerando sob a influência de uma misteriosa
energia escura.
Essa energia representaria cerca de 70% do cosmos. E nada sabemos sobre sua composição. Até então, sabíamos, no contexto da teoria do Big Bang e à luz da relatividade geral de Albert Einstein, que o Universo se expandia de forma regular sob o impulso de uma "explosão" inicial. A partir daí, o trabalho dos pesquisadores se resumia a catalogar o conteúdo do cosmos para "pesá-lo" e determinar se a expansão poderia parar, sob a influência da gravidade. Mas, há sete anos, as ideias foram reviradas. Duas equipes independentes entraram em cena: o Supernovae Cosmology Project e a High z Supernova Search Team. Elas observaram cerca de cinquenta explosões de estrelas distantes (distribuídas entre 1 e 6 bilhões de anos-luz), assimiladas a supernovas do tipo Ia, ou seja, a explosões nucleares naturais. Esses fenômenos raros são chamados de "velas padrão", pois sua luminosidade absoluta é conhecida e permite determinar sua distância por dois métodos diferentes.
A observação de supernovas distantes do tipo Ia (aqui, SN1994D, embaixo e à esquerda da imagem) permitiu aos astrofísicos constatar que o universo estava se acelerando.
No entanto, durante as observações de 1998, as supernovas mais distantes tinham uma luz mais fraca do que a esperada em um universo cuja expansão fosse devida apenas à matéria. A partir daí, uma conclusão se impõe: a aparente fraqueza da luminosidade se explica pelo afastamento do astro. Sua galáxia hospedeira está a uma distância maior do que se pensava. O Universo, portanto, deve ter se expandido mais rápido do que previsto. Para explicar o fenômeno, é necessário inventar uma misteriosa energia escura que impulsiona a expansão. Essa descoberta iria abalar a teoria do Big Bang? "De maneira alguma. Ela reacende o interesse e adiciona um toque de emoção", assegura Pierre Astier.
Desde 1998, duas confirmações da aceleração vieram reforçar a hipótese. E "os últimos resultados indicam que esse regime de expansão prevalece há cerca de quatro a cinco bilhões de anos, ou seja, 35% da história do Universo", destaca o físico, que faz parte do grupo de pesquisa criado por Reynald Pain, o único francês que participou da epopeia americana do Supernova Cosmology Project. Os pesquisadores franceses utilizam agora vários telescópios, incluindo o Canada-France-Hawaii e o Very Large Telescope europeu do Chile. A caça às supernovas distantes tornou-se um desafio central para esses instrumentos de observação. A ambição? "Descobrir centenas", anima-se Pierre Astier. Isso é indispensável se quisermos estimar como a aceleração da expansão evoluiu no passado. Alguns físicos veem nessa força repulsiva a assinatura do que chamam de "energia do vácuo".
Essa energia reflete a incrível agitação quântica do cosmos em pequena escala. Explicações: os cientistas veem o vácuo — "o que resta quando se retira tudo" — como um meio estranho. O nada absoluto não existe. Constantemente, surgem partículas e antipartículas virtuais. Esses objetos se criam e se desintegram imediatamente. A eles está associada uma energia irredutível chamada de "nível fundamental" ou, mais modestamente, "energia do vácuo". E, segundo uma experiência proposta em 1948 pelo holandês Hendrick Casimir, a energia do vácuo se comporta como uma pressão. Uma força de repulsão. Daí a ideia de identificá-la com a energia escura, que parece "fazer explodir" o Universo.
Para outros, se a energia escura evolui no tempo, ela poderia corresponder a todo um zoológico de objetos exóticos que compõem a quintessência ou "quinta essência", ao lado das quatro forças fundamentais (ver página 28). Como se pode ver, o destino de todo o cosmos está em jogo. Torna-se urgente dissipar as ambiguidades. Com os projetos em andamento, a equipe francesa pretende detectar 600 novas supernovas em cinco anos. Por sua vez, o telescópio espacial Hubble descobriu dezesseis supernovas em 2003. Que o melhor vença na busca pela energia escura!
Frédéric Guérin
CONTATO
Pierre Astier, astier@in2p3.fr
MATÉRIA ESCURA: O OCEANO INVISÍVEL
É um enigma bem teimoso: a matéria ordinária representa menos de 5% do conteúdo do cosmos, e mais de 95% do total está ausente. Se a energia escura representa 70% do Universo, o que compõe o restante? Tudo começou em 1933, quando o astrofísico americano Fritz Zwicky observou o aglomerado de Coma, na constelação da Coroa Bérénice, a 150 milhões de anos-luz de distância. Esse objeto é composto por milhares de galáxias comparáveis à nossa Via Láctea. E revelou que sua velocidade de deslocamento no aglomerado sugere que há ali cem vezes mais matéria do que o que se vê. A parte emergida do iceberg, por assim dizer. Em segundo plano, o diagnóstico se desenha: as estrelas brilhantes, as nuvens de gás e poeira que povoam as galáxias são apenas detritos comuns. Elas flutuam na superfície de um imenso oceano invisível e poderoso que as balança. Da mesma forma, nas décadas de 1960-1970, o estudo do movimento das estrelas no centro das galáxias parece provar que essas galáxias contêm de cinco a dez vezes mais matéria invisível do que matéria visível. Para salvar as aparências, foi necessário "inventar" uma matéria escura, ou escura, de natureza diferente daquela que conhecemos. Desde a década passada, assistimos a uma melhoria fulminante na qualidade e quantidade de dados, constatam os cientistas.
Por um lado, a observação da rotação das galáxias confirmou a presença de um halo de matéria escura com massa dez vezes maior que as estrelas. Por outro lado, os aglomerados contêm um gás quente aquecido a milhões de graus. As medições em raios-X dos satélites Chandra (NASA) e XMM (Europa) apontam aqui para uma quantidade de matéria escura cem vezes maior que a matéria visível. Finalmente, outra ferramenta se provou eficaz recentemente: as lentes gravitacionais, esses miragens naturais previstos pela relatividade, fornecem um poderoso meio para sondar a geometria do Universo. Ao observar os efeitos de microlentes, pôde-se determinar que a matéria escura galáctica não se compõe de átomos no sentido clássico do termo, com núcleo (prótons e nêutrons) e elétrons. Batizaram-se de MACHOs (Objetos Compactos Halo Massivos) esses objetos enigmáticos, e os pesquisadores estimaram que representam menos de 10% da quantidade total de matéria que habita nossa galáxia. Então, de que se compõe o restante do conteúdo do cosmos que não corresponde a nenhum núcleo atômico nem a nenhuma partícula conhecida? Ninguém sabe, mas já surgem algumas ideias. Os físicos já têm um candidato...